EP0086479A2 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents

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EP0086479A2
EP0086479A2 EP83101392A EP83101392A EP0086479A2 EP 0086479 A2 EP0086479 A2 EP 0086479A2 EP 83101392 A EP83101392 A EP 83101392A EP 83101392 A EP83101392 A EP 83101392A EP 0086479 A2 EP0086479 A2 EP 0086479A2
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EP
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support element
discharge space
pressure discharge
length
discharge lamp
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Walter Triebel
Heinz Bunke
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0732—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the construction of the electrode

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp with a lamp bulb made of quartz, which surrounds the electrodes made of tungsten and a noble gas, to the rotationally symmetrical discharge space of which a cylindrical bulb shaft is connected on the two opposite sides in the longitudinal axis and each bulb shaft at its end together with one arranged on the lamp axis Electrode rod, which is provided with the electrode projecting into the discharge space, is sealed in a gastight manner by melting, a support element surrounding the electrode rod being arranged with play within the bulb shaft and a compression spring being provided to fix the position thereof in the direction of the lamp longitudinal axis.
  • the object of the present invention is to arrange the support element in such a way and to secure it against axial displacement in such a way that neither complicated adjustment processes nor deformation work has to be carried out on the discharge vessel.
  • the compression spring is arranged non-positively between the electrode and the support element, whereby this rests resiliently with the end face facing away from the compression spring against part of the melt.
  • the length of the support element is preferably dimensioned such that its end face facing the discharge space essentially seals it off from the piston skirt.
  • the guiding properties of the support element within the piston skirt are also significantly improved in that its length is advantageously greater or at least as large as its diameter.
  • the ratio of the length of the support element to the diameter is constant, while with larger power levels this is the case
  • End of the support element facing the discharge space has a larger diameter - for example in the form of a stepped and rounded section - than the end facing away from the discharge space.
  • the support element consists of a material with a high melting point and a coefficient of expansion similar to that of the discharge vessel. Quartz or ceramic, for example, is particularly suitable for this.
  • a metal with a high melting point such as tungsten, is used for the compression spring.
  • the construction has the advantage that no heat treatments of any kind are required to deform the discharge vessel, neither in the prefabrication nor in the fully assembled and melted lamp, which, because of the specific properties of the material, can only be carried out by highly qualified specialists. Since the support element rests on part of the melt, only the electrode spacing in the discharge space needs to be taken into account when mounting and melting the lamp feet into the discharge vessel. The length of the support element is chosen such that almost the entire cavity in the piston skirt is not accessible for the discharge. This results in the further advantages that tilting of the support elements and thus mechanical damage to the inner surface of the piston skirt during assembly are excluded and the volume to be filled with inert gas is significantly reduced. In addition, these masses located behind the electrodes form cold spots at which evaporated tungsten of the electrodes can condense without a negative influence on the amount of light emitted.
  • the gas-tight seal consists of the glazing 9 or 10, the dome 11 (only visible on the cathode side) and the ends of the piston shafts 7, 8.
  • a supporting element is in each case surrounded on the electrode rods 3, 4 and by the piston shafts 9, 10
  • a capillary tube 12, 13 made of quartz which is pressed by means of a pressure spring 14, 15 made of tungsten between the anode 5 or the cathode 6 and the capillary tube 12, 13 to the associated glazing 9, 10.
  • the capillary tubes 12 and 13 have a length L of 25 mm and 20 mm and a diameter D of approximately 7.5 mm.
  • the high-pressure discharge lamp 1 is closed by a pump tip 16 located on the bulb shaft 7.
  • the electrode rod 4 located outside the melting point is connected to a via a connecting piece 17 outer current lead 18 connected as a strand. Both lamp ends are provided with a base sleeve 19 or 20.
  • An ignition wire 21 is guided outside the discharge space 2 and wraps around the respective bulb shafts 7 and 8.
  • a typical high-pressure discharge lamp has a xenon filling pressure of approximately 10 bar and is operated on direct voltage with an electrical power of 500 W.
  • a lamp base (see also FIG. 2) for a high-pressure discharge lamp 1 is produced in a simple manner.
  • the electrode rod 4 made of tungsten is first provided with a glazing 10.
  • the glazing 10 has a smaller coefficient of expansion compared to the tungsten.
  • the dome 11 to be applied subsequently consists of one or more transition glasses, each with a further lower expansion coefficient.
  • the last material to be applied, like the bead 22, is quartz glass.
  • the end of the piston skirt 8 is later melted onto the bead 22.
  • the capillary tube 24 made of quartz and having a rounded shoulder 23 in the exemplary embodiment in FIG. 2 is pushed onto the electrode rod 4.
  • the capillary tube 24 has a length L of approximately 20 mm and a largest diameter D of approximately 10 mm.
  • the ratio of the length L to the diameter D is 2.0 on the side facing the discharge space and is thus smaller than on the side facing away from the discharge space.
  • the capillary tube 24 is easily displaceable on the electrode rod 4.
  • the compression spring 15 made of tungsten is pushed onto the electrode rod 4, likewise easily displaceable.
  • the cathode 6 is attached to the free-standing end of the electrode rod 4, the compression spring 15 is under slight tension and the capillary tube 24 is permanently pressed against the glazing 10.
  • the foot thus finished is pushed into the cylindrical piston shaft 8 and, after appropriate positioning in the discharge space 2, is fused in a conventional manner.
  • the second lamp side is produced in a similar manner, only the distance between the electrodes 5 and 6 having to be adjusted when this lamp foot is melted into the bulb shaft 7.
  • the protruding tube piece 25 made of quartz is removed before further processing to the finished lamp.

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Die eine relativ große Masse aufweisenden Elektroden (5, 6) einer Hochdruckentladungslampe (1) sind innerhalb jedes zylindrischen Kolbenschaftes (7, 8) mittels eines auf dem Elektrodenstab (3, 4) mit Spiel angeordneten und diesen umgebenden Kapillarrohres (12, 13) abgestützt. Eine Druckfeder (14, 15) aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt ist kraftschlüssig zwischen jeder Elektrode (5, 6) und dem zugehörigen Kapillarrohr (12, 13) angeordnet, wodurch dieses mit seiner dem Entladungsraum (2) abgewandten Stirnfläche federnd an einem Teil der Einschmelzung (9, 10) anliegt. Das Kapillarrohr (12, 13) aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt weist eine hohlzylindrische Form auf und ist bei Lampentypen höherer Leistungsstufen an der dem Entladungsraum (2) zugewandten Seite mit einem verrundeten Absatz größeren Durchmessers versehen.Das Verhältnis der Länge (L) des Kapillarrohres (12, 13) zu dessen größtem Durchmesser (D) ist gleich oder größer als eins.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem die Elektroden aus Wolfram und ein Edelgas umschließenden Lampenkolben aus Quarz, an dessen rotationssymmetrischen Entladungsraum sich in der Längsachse an den zwei gegenüberliegenden Seiten je ein zylindrischer Kolbenschaft anschließt und jeder Kolbenschaft an seinem Ende zusammen mit einem auf der Lampenlängsachse angeordneten Elektrodenstab, der mit der in den Entladungsraum ragenden Elektrode versehen ist, durch eine Einschmelzung gasdicht verschlossen ist, wobei ein den Elektrodenstab umgebendes Stützelement mit Spiel innerhalb des Kolbenschaftes angeordnet und zur Lagefixierung desselben in Richtung der Lampenlängsachse eine Druckfeder vorgesehen ist.
  • Auf Grund des relativ großen Gewichtes der Elektroden bei den mit Gleichstrom betriebenen Lampen hat sich die Notwendigkeit von Stützelementen im Kolbenschaft gezeigt. Dabei sind verschiedene Lösungsmöglichkeiten bekannt geworden:
    • In der DE-PS 1 132 242 wird vorgeschlagen, als Stützelement eine im eingeschnürten Kolbenschaft mit Schlitzen und/oder Löchern versehene zylindrische Rolle aus Quarz anzuordnen, die mit ihrer Mantelfläche mit der Innenwand des Kolbenschaftes verschmolzen ist. Die DE-OS 26 23 099 beschreibt ein nicht mit dem Kolbenschaft verschmolzenes Stützelement, wobei zusätzlich mehrere verschiedene und gleichzeitig angewandte Mittel zur Lagefixierung desselben in Richtung der Lampenlängsachse vorgesehen sind, die jedoch einerseits eine sehr genaue Justierung und andererseits eine Erwärmung des Kolbenschaftes der fertig eingeschmolzenen Lampe auf Erweichungstemperatur erfordern. In der DE-OS 30 29 824 wurden diese Nachteile dadurch behoben, indem ein Stützelement mit seiner verrundeten Kante mittels einer Druckfeder gegen eine zuvor angebrachte Verengung zwischen dem Kolbenschaft und dem Entladungsgefäß gedrückt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stützelement derart anzuordnen und gegen axiale Verschiebung zu sichern, daß weder komplizierte Justiervorgänge noch Verformarbeiten am Entladungsgefäß vorgenommen werden müssen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen die Druckfeder kraftschlüssig zwischen der Elektrode und dem Stützelement angeordnet ist, wodurch dieses mit der der Druckfeder abgewandten Stirnfläche federnd an einem Teil der Einschmelzung anliegt. Dabei ist die Länge des Stützelementes vorzugsweise derart bemessen, daß seine dem Entladungsraum zugewandte Stirnfläche diesen gegenüber dem Kolbenschaft im wesentlichen abschließt. Die Führungseigenschaften des Stützelementes innerhalb des Kolbenschaftes werden außerdem wesentlich verbessert, indem dessen Länge vorteilhaft größer oder mindestens genauso groß wie dessen Durchmesser ist. Bei kleinen Lampen mit niedrigeren Leistungsstufen ist das Verhältnis der Länge des Stützelementes zum Durchmesser konstant, während bei größeren Leistungsstufen das dem Entladungsraum zugewandte Ende des Stützelementes einen größeren Durchmesser - zum Beispiel in Form eines abgesetzten und verrundeten Teilstückes - aufweist als das dem Entladungsraum abgewandte Ende. Das Stützelement besteht aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt und einem Ausdehnungskoeffizient ähnlich dem des Entladungsgefäßes. Hierfür ist z.B. Quarz oder Keramik besonders geeignet. Für die Druckfeder wird erfindungsgemäß ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Wolfram, verwendet.
  • Die Konstruktion hat den Vorteil, daß weder bei der Vorfertigung noch bei der fertig montierten und eingeschmolzenen Lampe Wärmebehandlungen irgendwelcher Art zur Verformung des Entladungsgefäßes erforderlich sind, was wegen der spezifischen Eigenschaften des Materials nur von hochqualifizierten Fachkräften durchgeführt werden kann. Da das Stützelement an einem Teil der Einschmelzung anliegt, braucht beim Montieren und Einschmelzen der Lampenfüße in das Entladungsgefäß nur auf den Elektrodenabstand im Entladungsraum geachtet zu werden. Die Länge des Stützelementes ist derart gewählt, daß nahezu der gesamte Hohlraum im Kolbenschaft für die Entladung nicht zugänglich ist. Dadurch ergeben sich die weiteren Vorteile, daß ein Verkanten der Stützelemente und damit eine mechanische Beschädigung der Innenoberfläche des Kolbenschaftes bei der Montage ausgeschlossen und das mit Edelgas zu füllende Volumen wesentlich verkleinert wird. Darüber hinaus bilden diese hinter den Elektroden gelegenen Massen kalte Stellen, an denen verdampftes Wolfram der Elektroden ohne negativen Einfluß auf die abgegebene Lichtmenge kondensieren kann.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben:
    • Figur 1 zeigt schematisiert eine fertige Hochdruckentladungslampe im Teilschnitt.
    • Figur 2 zeigt schematisiert einen montierten Fuß einer Hochdruckentladungslampe im Teilschnitt.
  • Die in der Figur 1 dargestellte Hochdruckentladungslampe 1 umschließt mit ihrem etwa kugelförmig ausgebildeten Entladungsraum 2 die mittels der Elektrodenstäbe 3, 4 gehalterten, auf der Lampenlängsachse angeordneten und in den Entladungsraum 2 ragende Anode 5 und Kathode 6. Von gegenüberliegenden Seiten des Entladungsraumes ausgehend sind die die Elektrodenstäbe 3, 4 konzentrisch umgebenden, zylindrischen Kolbenschäfte 7, 8 angeordnet, deren Enden gasdicht mit den Elektrodenstäben 3, 4 verschmolzen sind. Die gasdichte Einschmelzung besteht aus der Anglasung 9 bzw. 10, dem Dom 11 (nur kathodenseitig sichtbar) sowie den Enden der Kolbenschäfte 7, 8. Auf den Elektrodenstäben 3, 4 und von den Kolbenschäften 9, 10 mit Spiel umgeben ist jeweils ein Stützelement in Form eines Kapillarrohres 12, 13 aus Quarz angeordnet, wobei dieses mittels einer zwischen der Anode 5 bzw. der Kathode 6 und dem Kapillarrohr 12, 13 befindlichen Druckfeder 14, 15 aus Wolfram an die zugehörige Anglasung 9, 10 gedrückt wird. Die Kapillarrohre 12 bzw. 13 weisen eine Länge L von 25 mm bzw. 20 mm und einen Durchmesser D von ca. 7,5 mm auf. Das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Länge konstant und beträgt für das anodenseitige Kapillarrohr 12 = 3,33 und für das kathodenseitige Kapillarrohr 13 = 2,67. Die Hochdruckentladungslampe 1 ist mit einer am Kolbenschaft 7 befindlichen Pumpspitze 16 verschlossen. Der außerhalb der Einschmelzung befindliche Elektrodenstab 4 ist über ein Verbindungsstück 17 mit einer äußeren, als Litze ausgeführten Stromzuführung 18 verbunden. Beide Lampenenden sind mit einer Sockelhülse 19 bzw. 20 versehen. Ein Zünddraht 21 ist außerhalb des Entladungsraums 2 entlanggeführt und umschlingt die jeweiligen Kolbenschäfte 7 und 8. Eine typische Hochdruckentladungslampe weist einen Xenonfülldruck von ca. 10 bar auf und wird an Gleichspannung mit einer elektrischen Leistung von 500 W betrieben.
  • Die Herstellung eines Lampenfußes (siehe auch Figur 2) für eine Hochdruckentladungslampe 1 erfolgt auf einfache Weise. Der Elektrodenstab 4 aus Wolfram wird zuerst mit einer Anglasung 10 versehen. Die Anglasung 10 weist einen gegenüber dem Wolfram abgestuften, kleineren Ausdehnungskoeffizient auf. Je nach Größe und Leistungsaufnahme der Lampe besteht der nachfolgend aufzutragende Dom 11 aus einem oder mehreren Übergangsgläsern mit jeweils weiter niedriger gelegenem Ausdehnungskoeffizient. Das letzte aufzubringende Material ist - ebenfalls wie der Wulst 22 - Quarzglas. An den Wulst 22 wird später das Ende des Kolbenschaftes 8 angeschmolzen. Auf den Elektrodenstab 4 wird nach Fertigstellung des Doms 11 das in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 einen verrundeten Absatz 23 aufweisende Kapillarrohr 24 aus Quarz geschoben. Das Kapillarrohr 24 weist hier eine Länge L von ca. 20 mm und einen größten Durchmesser D von ca. 10 mm auf. Das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D beträgt an der dem Entladungsraum zugewandten Seite 2,0 und ist somit kleiner als an der dem Entladungsraum abgewandten Seite. Das Kapillarrohr 24 ist auf dem Elektrodenstab 4 leicht verschiebbar. Im Anschluß daran wird - ebenfalls leicht verschiebbar - die Druckfeder 15 aus Wolfram auf den Elektrodenstab 4 geschoben. Zuletzt wird die Kathode 6 am freistehenden Ende des Elektrodenstabes 4 befestigt, wobei die Druckfeder 15 unter leichter Spannung steht und das Kapillarrohr 24 permanent gegen die Anglasung 10 gedrückt wird. Der so fertiggestellte Fuß wird in den zylindrischen Kolbenschaft 8 geschoben und nach entsprechender Positionierung im Entladungsraum 2 auf konventionelle Weise verschmolzen. Die zweite Lampenseite wird auf ähnliche Art hergestellt, wobei beim Einschmelzen dieses Lampenfußes in den Kolbenschaft 7 lediglich der Abstand der Elektroden 5 und 6 justiert werden muß. Vor der Weiterverarbeitung bis zur fertigen Lampe wird das überstehende Rohrstück 25 aus Quarz entfernt.

Claims (5)

1. Hochdruckentladungslampe (1) mit einem die Elektroden (5, 6) aus Wolfram und ein Edelgas umschließenden Lampenkolben aus Quarz, an dessen rotationssymmetrischen Entladungsraum (2) sich in der Längsachse an den zwei gegenüberliegenden Seiten je ein zylindrischer Kolbenschaft (7, 8) anschließt und jeder Kolbenschaft (7, 8) an seinem Ende zusammen mit einem auf der Lampenlängsachse angeordneten Elektrodenstab (3, 4), der mit der in den Entladungsraum (2) ragenden Elektrode (5, 6) versehen ist, durch eine Einschmelzung (8, 10, 11) gasdicht verschlossen ist, wobei ein den Elektrodenstab (3, 4) umgebendes Stützelement (12, 13) mit Spiel innerhalb des Kolbenschaftes (7, 8) angeordnet und zur Lagefixierung desselben in Richtung der Lampenlängsachse eine Druckfeder (14, 15) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (14, 15) kraftschlüssig zwischen der Elektrode (5, 6) und dem Stützelement (12, 13) angeordnet ist, wodurch dieses mit der der Druckfeder (14, 15) abgewandten Stirnfläche federnd an einem Teil der Einschmelzung (9, 10) anliegt.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L des Stützelements (12, 13) derart bemessen ist, daß seine dem Entladungsraum (2) zugewandte Stirnfläche diesen gegenüber dem Kolbenschaft (7, 8) im wesentlichen abschließt.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L des Stützelementes (12, 13) zum Durchmesser D über die gesamte Länge konstant ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L des Stützelementes (12, 13) zum Durchmesser D an der dem Entladungsraum zugewandten Seite kleiner ist als an der dem Entladungsraum abgewandten Seite.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L des Stützelementes (12, 13) zum Durchmesser D gleich oder größer als eins ist.
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